專利名稱：多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電磁吸波結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
自二戰(zhàn)以來(lái)，雷達(dá)吸波材料已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家的研究重點(diǎn)。特別是由于隱身技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)吸波材料作為提高武器系統(tǒng)生存能力和突防能力的有效手段，首先在軍事方面得到重視。目前，已有很多電子設(shè)備滲透到現(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)領(lǐng)域。這些電子設(shè)備輻射電磁波到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的污染，例如，電磁干涉電磁兼容以及一系列危害生物的電磁波污染。因此，雷達(dá)吸波材料也在信息傳播、電子器件、微波輻射防護(hù)等民用方面得到廣泛的運(yùn)用。隨著電子設(shè)備工作頻帶的增加，人們對(duì)寬頻吸波材料的需求也越來(lái)越迫切。寬頻吸波材料中，多層電介質(zhì)吸收材料有頻帶寬、重量輕、便于施工和批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，而獲得了研究者和使用者的親睞。目前常用的輕質(zhì)寬頻吸波體有=Jaumann吸波體，非均勻吸波體，幾何漸變吸波體，蜂窩結(jié)構(gòu)等。但是這些吸波體有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即它們的工作頻帶受限于厚度。因此，這些吸波體的厚度通常特別厚，而且低頻段吸波效果不佳。為了克服這些缺點(diǎn)，研究者引入了多層電路模擬吸波體。多層電路模擬吸波體的吸波特性主要取決于吸波體中的周期性圖案。這樣，圖案的引入，同時(shí)也引入了大量設(shè)計(jì)吸波體時(shí)必須考慮的變量，例如，圖案的選擇，周期的分布，及單元的具體參數(shù)。優(yōu)化多層電路模擬吸波體的圖案形狀、周期分布及單元具體參數(shù)，以成為得到超寬頻、超薄吸波結(jié)構(gòu)必須解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種多層電磁吸波結(jié)構(gòu)及其制備方法，使構(gòu)造的電磁吸波結(jié)構(gòu)具有吸收頻帶寬但厚度相對(duì)較薄的特點(diǎn)，特別是在2. 5-SGHz具有較好的吸波性能。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，在金屬底板上設(shè)置有至少兩層吸波結(jié)構(gòu)層，所述吸波結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)相同的吸波單元，每個(gè)吸波單元由泡沫層和設(shè)置于泡沫材料上的方形電阻膜構(gòu)成。泡沫層為輕質(zhì)聚甲基丙烯酰亞胺泡沫材料。所述方形電阻膜和泡沫材料皆為正方形，方形電阻膜內(nèi)設(shè)有一個(gè)正方形的孔，孔的邊與方形電阻膜的邊平行，并且孔的中心點(diǎn)、電阻膜的中心點(diǎn)和泡沫材料的中心點(diǎn)重合。本發(fā)明還提供前述多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟I)采用絲網(wǎng)印刷的方式，在一定厚度的輕質(zhì)泡沫材料表層刷上碳黑漿料，在其表面形成周期性方形電阻膜，輕質(zhì)泡沫與周期性電阻膜形成一層吸波結(jié)構(gòu)，2)將各層的組合結(jié)構(gòu)堆疊起成多層組合結(jié)構(gòu)，并該多層結(jié)構(gòu)設(shè)置于金屬平板上。本發(fā)明的有益效果是，工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，成本較低；所用材料主要為泡沫，因此密度極小；通過(guò)多層疊加，可形成極寬頻帶的電磁波吸收；在不改變厚度前提下，通過(guò)調(diào)整方形圖案尺寸，可以調(diào)控吸波性能；通過(guò)調(diào)整圖案，在低頻具有較好吸波性能。


圖I是輕質(zhì)泡沫與方形電阻膜形成的的一層吸波結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是具有6層吸波結(jié)構(gòu)層的實(shí)施例。圖3是單層吸波結(jié)構(gòu)的單元尺寸參數(shù)示意圖。其中n代表第n層組合結(jié)構(gòu)，最靠近金屬平板的為第I層，次靠近金屬平板的為第2層，以此排序。Bn為第n層單元尺寸，In為第n層的方形電阻膜外邊長(zhǎng)，Wn為第n層的方形電阻膜內(nèi)邊長(zhǎng)，dn為第n層組合結(jié)構(gòu)的厚度，rn為第n層的方形電阻膜方阻。圖4是4層吸波結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的反射率曲線圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖f圖4。本發(fā)明的底層為金屬平板，底層以上為輕質(zhì)泡沫+周期性方形電阻圖案的多層組合，其中輕質(zhì)泡沫的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率約為I。在金屬底板上設(shè)置有至少兩層吸波結(jié)構(gòu)層，所述吸波結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)相同的吸波單元，每個(gè)吸波單元由泡沫材料2和設(shè)置于泡沫材料上的方形電阻膜I構(gòu)成。所述方形電阻膜和泡沫材料皆為正方形，方形電阻膜內(nèi)設(shè)有一個(gè)正方形的孔，并且孔的中心點(diǎn)、電阻膜的中心點(diǎn)和泡沫材料的中心點(diǎn)重合。本發(fā)明提供的多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)的制備方法為采用絲網(wǎng)印刷的方法，在一定厚度的輕質(zhì)泡沫材料表層刷上碳黑漿料，在其表面形成周期性方形電阻膜。這樣，輕質(zhì)泡沫與周期性電阻膜形成一層組合結(jié)構(gòu)，如圖I所示。所示。將一層一層的組合結(jié)構(gòu)堆疊起成多層組合結(jié)構(gòu)，并該多層結(jié)構(gòu)放置于金屬平板3上，形成輕質(zhì)寬頻吸波結(jié)構(gòu)，如圖2所示(圖中為6層組合結(jié)構(gòu))。圖3表示每層組合結(jié)構(gòu)的單元尺寸參數(shù)。實(shí)施例I :—種4層輕質(zhì)寬頻方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm) ^1=IS. 7,I1=IS, W1=S. 2, Cl1=S, 1^=50 Q / □ ；a2=15. 7, I2=Il. 1，w2=8. 1，d2=5, r2=70 Q / □ ；a3=15. 7,13=15, w3=13. 6, d3=5, r3=50 Q / □ ；a4=14. 3, 14=15, w4=12. 6, d4=5, r4=70 Q / □。在垂直入射TE或TM波情況下，本實(shí)施例具有如圖4所示的吸波性能。在2_18GHz整個(gè)頻段具有-IOdB以下的反射系數(shù)，其中2. 3-18GHz頻段具有_13dB以下的反射系數(shù)，
2.5-15GHz段頻段具有約-15dB以下的反射系數(shù)。實(shí)施例2 一種2層輕質(zhì)寬頻方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm) &1=17,1^=16. 5, W1=S. 5, Cl1=S, Yl=Ih Q / □ -,Sl2=II, 12=16. 5, W2=6. 5, d2=5, r2=110 Q / □。在垂直入射TE或TM波情況下，本實(shí)施例在2_18GHz整個(gè)頻段具有_7. 5dB以下的反射系數(shù)，其中2. 3-9. 6GHz及11-17. 6GHz頻段具有-IOdB以下的反射系數(shù)。實(shí)施例3 一種6層輕質(zhì)寬頻方形圖案吸波結(jié)構(gòu)，其具體尺寸參數(shù)為(單位mm) &1=12. 3，I1=Il. 3，W1=Q. 8，屯=5，1^=71 Q / Hi ；a2=12. 3，I2=I2. 3，w2=6. 6，d2=5，r2=230 Q / □ ；a3=12. 3，I3=Il. 3，w3=7. 6，d3=5，r3=230 Q / □ ;a4=12. 3，I4=IO, w4=7，d4=5，r4=230 Q / □ ;a5=12. 3，I5=IO, w5=6. 1，d5=5，r5=600 Q / □ ；a6=12. 3，I6=IO, w6=7. 3，d6=5，r6=800 Q / □。
在垂直入射TE或TM波情況下，本實(shí)施例在2_18GHz整個(gè)頻段具有_20dB以下的反射系數(shù)。
權(quán)利要求
1.多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，在金屬底板上設(shè)置有至少兩層吸波結(jié)構(gòu)層，所述吸波結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)相同的吸波單元，每個(gè)吸波單元由泡沫層和設(shè)置于泡沫材料上的方形電阻膜(I)構(gòu)成，所述方形電阻膜(I)和泡沫材料皆為正方形，方形電阻膜(I)內(nèi)設(shè)有一個(gè)正方形的孔，孔的邊與方形電阻膜(I)的邊平行，并且孔的中心點(diǎn)、電阻膜的中心點(diǎn)和泡沫材料的中心點(diǎn)重合。
2.如權(quán)利要求I所述的多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述泡沫層為輕質(zhì)聚甲基丙烯酰亞胺泡沫。
3.如權(quán)利要求I所述的多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬底板上設(shè)置有四層吸波結(jié)構(gòu)層，除方阻的單位外，其他以毫米為單位，尺寸參數(shù)為 B1=IS. 7, I1=IS, W1=S. 2, Cl1=S, 1^=50 Q / □； a2=15. 7, I2=Il. I, w2=8. I, d2=5, r2=70 Q / □； a3=15. 7, 13=15, w3=13. 6, d3=5, r3=50 Q / □； a4=14. 3, 14=15, w4=12. 6, d4=5, r4=70 Q / □； 其中，為自金屬底板起，第一層吸波結(jié)構(gòu)層中的吸波單元的邊長(zhǎng)，I1為方形電阻膜的邊長(zhǎng)，W1為孔的邊長(zhǎng)，Cl1為泡沫的厚度，r:為電阻膜的方阻； 同理，a2、l2、w2、d2、r2分別為第二層吸波結(jié)構(gòu)層中的參數(shù)； a3、l3、w3、d3、r3分別為第三層吸波結(jié)構(gòu)層中的參數(shù)； a4、14、w4、d4、r4分別為第四層吸波結(jié)構(gòu)層中的參數(shù)。
4.如權(quán)利要求I所述的多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬底板上設(shè)置有兩層吸波結(jié)構(gòu)層，除方阻的單位外，其他以毫米為單位，尺寸參數(shù)為 Sl1=II, 1^=16. 5, W1=S. 5, Cl1=S, Tl=ItO Q / □； a2=17, 12=16. 5, w2=6. 5, d2=5, r2=110 Q / □； 其中，為自金屬底板起，第一層吸波結(jié)構(gòu)層中的吸波單元的邊長(zhǎng)，I1為方形電阻膜的邊長(zhǎng)，W1為孔的邊長(zhǎng)，Cl1為泡沫的厚度，r:為電阻膜的方阻；同理^丄^七^(guò)分別為第二層吸波結(jié)構(gòu)層中的參數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述的多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬底板上設(shè)置有六層吸波結(jié)構(gòu)層，除方阻的單位外，其他以毫米為單位，尺寸參數(shù)為 Sl1=II. 3, I1=Il. 3, ^=6. 8, Cl1=S, T1=II Q / □； a2=12. 3, 12=12. 3, w2=6. 6, d2=5, r2=230 Q / □； a3=12. 3, I3=Il. 3, w3=7. 6, d3=5, rs=230 Q / □； a4=12. 3, I4=IO, w4=7, d4=5, r4=230 Q / □； a5=12. 3, I5=IO, w5=6. I, d5=5, r5=600 Q / □； a6=12. 3, I6=IO, w6=7. 3, d6=5, r6=800 Q / □。
6.如權(quán)利要求I所述的多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟 1)采用絲網(wǎng)印刷的方式，在一定厚度的輕質(zhì)泡沫材料表層刷上碳黑漿料，在其表面形成周期性方形電阻膜，輕質(zhì)泡沫與周期性電阻膜形成一層吸波結(jié)構(gòu)， 2)將各層的組合結(jié)構(gòu)堆疊起成多層組合結(jié)構(gòu)，并該多層結(jié)構(gòu)設(shè)置于金屬平板上。
全文摘要
多層電磁波吸波結(jié)構(gòu)及制備方法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在金屬底板上設(shè)置有至少兩層吸波結(jié)構(gòu)層，所述吸波結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)相同的吸波單元，每個(gè)吸波單元由泡沫層和設(shè)置于泡沫材料上的方形電阻膜構(gòu)成。泡沫層為輕質(zhì)聚甲基丙烯酰亞胺泡沫材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，成本較低；所用材料主要為泡沫，因此密度極小。
文檔編號(hào)H05K9/00GK102724856SQ20121018463
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者周佩珩, 張輝彬, 梁迪飛, 謝建良, 鄧龍江, 陸海鵬, 陳良 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)